Система управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами

 

Использование: системы управления и регулирование двигателей внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами. Сущность изобретения: система позволяет упростить конструкцию, повысить надежность и удобство обслуживания двигателя внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами за счет введения в схему управления реле давления, реле времени, датчика перемещений, выключателей и переключателя, которые управляют электрогидравлическими вентиляторами и сигнальной лампой, обеспечивающими исключение аварийных ситуаций при разгерметизации системы, случайном включении, обесточивании схемы, а также контроль за количеством работающих цилиндров. 2 з. п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно к системам управления и регулирования двигателей внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами.

Известна система отключения цилиндров двигателя внутреннего сгорания (а. с. СССР N 1116200 по кл. F 02D 17/02, опубл. 30.09.84, бюл. N 36), содержащая группы отключаемых и неотключаемых цилиндров, впускные трубопроводы с дроссельными заслонками и синхронизирующим механизмом, регулятор частоты вращения, диафрагменный механизм.

Система не обеспечивает синхронного отключения цилиндров по газоснабжению и топливоподаче в зависимости от режима работы двигателя.

Известна система управления двигателем внутреннего сгорания (а.с. СССР N 1182187 по кл. F 02D 17/02, опубл. 30.09.85, бюл. N 36), содержащая газораспределительные клапаны с приводом, топливные насосы, гидравлические механизмы отключения газораспределительных клапанов и топливных насосов с управляющими и сливной магистралями, двухпозиционный золотник, связывающий напорную, управляющую и сливные магистрали.

В системе не предусмотрено опережающее включение газораспределительных клапанов относительно момента включения топливных насосов.

Известна система (прототип) управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами (а. с. СССР N 1588888 по кл. F 02D 17/02, опубл. 30.08.90, бюл. N 32), содержащая газораспределительные клапаны с приводом, устройства топливоподачи, гидравлические исполнительные механизмы отключения газораспределительных клапанов и топливоподачи с управляющими магистралями, источник давления рабочей жидкости с напорной магистралью, распределительное устройство, связывающее напорную, управляющие и сливную магистрали, блок задержки, следящее устройство, источник электрического питания.

В системе отсутствует защита двигателя в аварийных ситуациях при отключении электрического питания схемы, разгерметизации системы, заклинивания подвижных частей управляющего механизма, а также при случайном включении цилиндров на режимах повышенных нагрузок.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение защиты двигателя в аварийных ситуациях при отключении электрического питания схемы, разгерметизации системы, заклинивании подвижных частей управляющего механизма, а также при случайном выключении части цилиндров на режимах повышенных нагрузок.

Для достижения поставленной цели, в известной системе управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами, содержащей гидравлические механизмы отключения газораспределительных клапанов и топливоподачи с управляющими и сливными магистралями, источник давления рабочей жидкости с напорной магистралью, распределительное устройство, связывающее напорную, управляющие и сливные магистрали, блок задержки, следящее устройство в виде датчика перемещений, источник электрического питания, она дополнительно содержит реле давления, первый и второй выключатели, многопозиционный переключатель режимов работы двигателя с подвижным и двумя группами неподвижных контактов, сигнальное устройство, причем распределительное устройство выполнено в виде двух электрогидравлических вентилей с подвижными штоками, первый из которых своей гидравлической частью включен в управляющую магистраль механизмов отключения газораспределительных клапанов, а второй и реле давления в управляющую магистраль механизмов отключения топливоподачи, блок задержки выполнен в виде электрического реле времени, датчик перемещений соединен с подвижным штоком первого вентиля, к источнику электрического питания через подвижный и одну из групп неподвижных контактов многопозиционного переключателя подключены: через второй выключатель реле времени, через нормально замкнутые контакты реле времени и параллельно через нормально замкнутые контакты датчика перемещений - второй вентиль, а дополнительно через первый выключатель и нормально замкнутые контакты реле давления первый вентиль, причем в положении выключателей "ВКЛЮЧЕНО" контакты первого выключателя замкнуты, а второго разомкнуты, сигнальное устройство подключено к первому вентилю и выполнено в виде электрической лампочки, а выключатели сблокированы между собой тягой.

На фиг. 1 представлена схема системы управления; на фиг. 2 и 3 схемы вариантов выполнения механизмов отключения соответственно газоснабжения и топливоподачи. В таблице показаны режимы работы электрогидравлических вентилей.

Система на фиг. 1 содержит группу отключаемых 1 3 и неотключаемых 4 6 цилиндров двигателя с устройствами топливоподачи (форсунками) 7 и клапанами газораспределения 8, первый 9 и второй 10 электрогидравлические вентили, связанные управляющими магистралями 11 соответственно с механизмами отключения газораспределения 12 и отключения топливоподачи 13, а также со сливными магистралями 14 и нагнетательной 15, запитанной от источника давления 16, подвижный шток 17 первого вентиля 9 взаимодействует с датчиком перемещений 18, а к управляющей магистрали 11 второго вентиля 10 подключено трубопроводом 19 реле давления 20.

К источнику электрического питания "СЕТЬ" через подвижный 21 и группу неподвижных контактов многопозиционного переключателя 22 подключены: через второй выключатель 23 реле времени 24, через нормально замкнутые (НЗ) контакты реле времени 24 и параллельно через НЗ контакты датчика перемещений 18 второй вентиль 10, а дополнительно через первый выключатель 25 и НЗ контакты реле давления 20 первый вентиль 9, сигнальное устройство в виде электрической лампочки 26 подключено к первому вентилю 9, выключатели 25 и 23 сблокированы между собой тягой 27.

Положение выключателей "ВКЛЮЧЕНО" соответствует работе двигателя на всех цилиндрах, при этом контакты первого выключателя 25 разомкнуты, а второго 23 замкнуты.

Положение выключателей "ВЫКЛЮЧЕНО" соответствует работе двигателя с отключенными цилиндрами 1 3, при этом контакты выключателей занимают противоположное состояние: первого 25 замкнуты, а второго 23 разомкнуты (положение, изображенное на фиг. 1).

Контакты 0 VIII переключателя 22 являются позициями режимов работы двигателя, причем позиции 0 IV соответствуют режимам холостого хода и малых нагрузок, где целесообразно отключение заданных цилиндров, а позиции IV VIII соответствуют режимам, где отключение цилиндров неэффективно, либо недопустимо.

В качестве многопозиционного переключателя 22 может быть использован контроллер машиниста тепловоза, а источником электрического питания служит сеть установки (тепловоза).

Стрелками на всех фигурах показано направление движения рабочей жидкости, в качестве которой может быть использовано масло двигателя.

Для пояснения работы системы приведена таблица режимов работы первого и второго электрогидравлических вентилей (ЭГВI и ЭГВII).

Положение выключателей "ВКЛЮЧЕНО" соответствует работа двигателя на всех (в данном случае на шести) цилиндрах, при этом электропитание на ЭГВI и ЭГВII не поступает, а перепускные клапаны в них выполнены таким образом, что через ЭГВI масло поступает к исполнительным механизмам отключения газораспределительных клапанов (гидроштангам), а через ЭГВII производится слив масла из механизмов отключения топлива.

Положению выключателей "ВЫКЛЮЧЕНО" соответствует работа двигателя с отключенной группой цилиндров (в данном примере работа на трех цилиндрах), при этом электропитание поступает на ЭГВI и ЭГВII, а перепускные клапаны обеспечивают слив масла от гидроштанг через ЭГВI и подачу масла через ЭГВII на механизмы отключения топливоподачи. Значком "+" в таблице обозначены режимы с подводом электропитания к ЭГВ и масла к механизмам отключения, а значок "-" означает отсутствие электропитания на ЭГВ и слив масла с механизмов.

На фиг. 3 приведена схема варианта выполнения механизма отключения газораспределительных клапанов 28, на которые через коромысло 29 и гидроштангу 30 с подпружиненным плунжером 31 может передаваться возвратно-поступательное движение от вращающегося кулачка 32. Заполнение внутренней полости гидроштанги маслом и ее опорожнение может осуществляться по управляющей магистрали 33, которая одновременно является и сливной магистралью.

На фиг. 4 приведена схема варианта выполнения механизма отключения топливоподачи, в корпусе 34 которого размещен стравливающий клапан 35 и мембрана 36. Топливный насос 37 трубопроводом высокого давления 38 сообщен с форсункой (на схеме не показана). При подаче масла по управляющей магистрали 39 мембрана 36 может воздействовать на клапан 35, чем сообщается трубопровод высокого давления 38 со стравливающим каналом 40.

Система работает следующим образом.

В исходном состоянии, изображенном на фиг. 1, при положении выключателей 25 и 23 "ВЫКЛЮЧЕНО" (работа двигателя с отключенными цилиндрами) и подвижного контакта 21 в положении 0-ой позиции переключателя 22 электрическое питание от источника "СЕТЬ" поступает через НЗ контакты реле времени 24 и параллельно через НЗ контакты датчика перемещений 18, выключатель 25 и НЗ контакты реле давления 20 к вентилю 9 и одновременно к лампочке 26, а через те же НЗ контакты реле времени 24 и датчика перемещений 18 к вентилю 10.

При этом вентили 9 и 10 занимают нижнее положение (изображенное на схеме) и масло от насоса 16 через открытый вентиль 10 поступает по магистрали 11 к механизмам отключения топливоподачи 13 и одновременно по трубопроводу 19 к реле времени 20.

Поступающее в механизмы 13 масло воздействует на мембрану 36, что приводит к перемещению клапана 35 и сообщение трубопровода высокого давления 38 со стравливающим каналом 40 и исключает, таким образом, возможность подачи топлива через форсунки 7 к отключаемым цилиндрам 1 3. Воздействие масла на реле давления 20 обеспечивает нахождение его контактов в замкнутом состоянии. Вентиль 9 сообщает управляющую магистраль 11 со сливной 14, что, в свою очередь, приводит к опорожнению внутренней полости механизмов отключений газораспределения 12. Подвижный плунжер 31 механизма получает возможность свободно перемещаться внутри гидроштанги 30, не передавая движения на газораспределительный клапан 28, оставляя тем самым клапаны газораспределения в закрытом (выключенном) положении.

Таким образом, топливоподача и клапаны газораспределения в отключаемых цилиндрах выключены, о чем сигнализирует горящая лампочка двигатель работает с тремя отключенными цилиндрами.

Перевод выключателей 25 и 23 в положение "ВКЛЮЧЕНО" (работа двигателя на всех цилиндрах) размыкает выключателем 25 цепь питания вентиля 9 и лампочки 26 и одновременно подается электрическое питание через выключатель 23 к реле времени 24.

Обесточивание вентиля 9 перемещает его подвижный шток в верхнее (по схеме) положение, размыкая контакты датчика перемещений 18 и сообщая напорную магистраль 15 с управляющей 11, по которым масло поступает к механизмам 12, заполняя их внутренние полости и обеспечивая возможность передачи возвратно-поступательного движения на газораспределительные клапаны 8.

За счет задержки, заложенной в реле времени 24, его контакты остаются в замкнутом состоянии, чем сохраняется питание вентиля 10, т.е. топливоподача остается выключенной.

По истечении временной задержки, заложенной в реле 24, его контакты размыкаются, вентиль 10 обесточивается и перемещается в верхнее положение, чем сообщает управляющую 11 со сливной магистралью 14. Полость над мембраной 36 опорожняется, стравливающий клапан 35 перемещается (под действием давления в трубопроводе 5 либо пружины) в закрытое (левое) положение и насос 37 имеет возможность подавать топливо по трубопроводу высокого давления 38 к форсункам двигателя.

Таким образом, перевод отключаемых цилиндров из выключенного во включенное состояние сопровождается включением газораспределительных клапанов и с задержкой по времени топливоподачи в данные цилиндры, о чем сигнализирует погасшая лампа.

Задержка по времени включения топливоподачи необходима для обеспечения процесса заполнения маслом гидроштанг и гарантированного вывода клапанов распределения на номинальную величину хода.

Подключение и отключение цилиндров при работе двигателя производится аналогично переключению при неработающем двигателе.

Подключение цилиндров при работе двигателя вызывает передачу возвратно-поступательного движения от вращающихся кулачков на кулачковом валу к газораспределительным клапанам и подачу топлива к форсункам цилиндры двигателя включены по газоснабжению и топливоподаче. Отключение цилиндров сопровождается прекращением топливоподачи и газообмена.

Работа системы при положении подвижного контакта 21, соответствующем I - IV позиции переключателя 22, аналогична описанной выше работе системы на 0-ой позиции, т. е. на данных режимах двигатель работает с отключенной группой цилиндров.

При аварийном отключении электрического питания от схемы происходит обесточивание первого 9 и второго 10 вентилей, что вызывает их перемещение в верхнее по схеме на фиг. 1 положение, т.е. обеспечивается включение газораспределительных клапанов и топливоподачи двигатель работает со всеми включенными цилиндрами. Таким образом, даже при работе двигателя на повышенных режимах (V VIII позиции контроллера) и аварийном обесточивании схемы не происходит отключения части цилиндров, что вызвало бы перегрузку работающих цилиндров, вплоть до полного их разрушения.

Работа системы при положении подвижного контакта 21, соответствующем V - VIII позиции переключателя 22, аналогична описанной выше работе системы при обесточивании схемы, т. е. исключается возможность специального отключения части цилиндров на режимах повышенных нагрузок независимо от положения выключателей 25 и 23.

Аварийная ситуация для двигателя возникает при остановке (выключении) клапанов газораспределения, но при продолжающейся подаче в цилиндры топлива, что вызывает перерасход топлива, разжижение масла и может привести к гидроудару поршня о крышку цилиндра.

Остановка клапанов газораспределения при продолжающейся топливоподаче возникает при разгерметизации управляющей магистрали механизмов отключения топливоподачи либо при заклинивании подвижного штока первого вентиля 9 в нижнем положении. Для исключения этих аварийных ситуаций в систему введены реле давления 20 и датчик перемещений 18. Реле давления 20 обеспечивает обесточивание и, следовательно, перемещение штока вентиля 9 в верхнее положение и включение клапанов газораспределения при отсутствии (снижении ниже заданной величины) давления масла в магистралях 11 и 19 механизмов отключения топливоподачи (при включенной топливоподаче). Датчик перемещений 18 обеспечивает своими замкнутыми контактами (при заклинивании штока вентиля 9 в нижнем положении и остановке клапанов газораспределения) подачу электрического питания к вентилю 10 в положении выключателей 25 и 23 "ВКЛЮЧЕНО", перемещение штока вентиля 10 в нижнее положение и, за счет этого, прекращение топливоподачи в отключенные по газоснабжению цилиндры.

Таким образом, предлагаемая система обеспечивает возможность работы двигателя с частью отключенных по газоснабжению и топливоподаче цилиндров и защиту двигателя в аварийных ситуациях при отключении электрического питания схемы, разгерметизации системы, заклинивании подвижных частей управляющего механизма, а также при случайном выключении части цилиндров на режимах повышенных нагрузок.

Предлагаемая система управления разрабатывается применительно к двигателям типа ЧН21/21 тепловозов ТГМ4.

Формула изобретения

1. Система управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами, содержащая гидравлические механизмы отключения газораспределительных клапанов и топливоподачи с управляющими и сливными магистралями, источник давления рабочей жидкости с напорной магистралью, распределительное устройство, связывающее напорную, управляющие и сливные магистрали, блок задержки, следящее устройство в виде датчика перемещений, источник электрического питания, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит реле давления, первый и второй выключатели, многопозиционный переключатель режимов работы двигателя с подвижным и двумя группами неподвижных контактов, сигнальное устройство, причем распределительное устройство выполнено в виде двух электрогидравлических вентилей с подвижными штоками, первый из которых своей гидравлической частью включен в управляющую магистраль механизмом отключения газораспределительных клапанов, а второй и реле давления в управляющую магистраль механизмов отключения топливоподачи, блок задержки выполнен в виде электрического реле времени, датчик перемещений соединен с подвижным штоком первого вентиля, к источнику электрического питания через подвижный и одну из групп неподвижных контактов многопозиционного переключателя подключены: через второй выключатель реле времени, через нормально замкнутые контакты реле времени и параллельно через нормально замкнутые контакты датчика перемещений второй вентиль, а дополнительно через первый выключатель и нормально замкнутые контакты реле давления первый вентиль, причем в положении выключателей "Включено" контакты первого выключателя замкнуты, а второго разомкнуты, сигнальное устройство подключено к первому вентилю.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что выключатели сблокированы между собой тягой.

3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что сигнальное устройство выполнено в виде электрической лампочки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4